Тема 2. Природные ресурсы как ресурсы техносферы

Природные ресурсы, если их рассматривать в плане использования в общественном производстве, являются основной частью экономических ресурсов, то есть кроме факторов среды они являются факторами производства.

Ресурсы – это вещества, материалы, силы и потоки вещества, энергии и информации, которые:

· образуют входные звенья природных или хозяйственных циклов, являются их необходимыми участниками и в связи с этим – носителями функции полезности;

· имеют измеряемое количественное выражение: массу, объем, плотность, концентрацию, интенсивность, мощность, стоимость;

· при изменениях во времени подчиняются фундаментальным законам сохранения.

Ресурсы естественные (природные) – важнейшие компоненты окружающей человека естественной среды, используемые для удовлетворения материальных, энергетических и культурных потребностей общества (ресурсы животного мира, земельные, лесные, водные, рекреационные, эстетические и др.). Они весьма разнообразны, в том числе и по возможностям их применения в быту. Необходимо помнить, что большинство ресурсов – это прежде всего ресурсы для живой природы, а не только для человека. Кроме того, с экологической точки зрения по отношению к живой природе значительная часть ресурсов недр, используемых человеком (уголь, нефть, ртуть, уран и др.), не может считаться ресурсами, так как при этом извращается функция их биологической полезности.

Именно поэтому следует различать (Акимова, Кузьмин, Хаскин, 2007):

· ресурсы биосферы (которые представлены только возобновляемыми ресурсами вещества, энергии и информации), находящиеся под контролем живых организмов;

· ресурсы техносферы, в которые, помимо значительной части ресурсов биосферы, захваченных человеком и вырванных им из биологического круговорота, входят и невозобновляемые ресурсы (добываемые в основном из недр), находящиеся вне контроля биоты биосферы, и которые никаким существам, кроме человека, не нужны, чаще вредны.

Объем возобновляемых ресурсов, используемых техносферой, определяет ее природоемкость. Мерой природоемкости техносферы (производства) может служить отношение техногенной эмиссии углерода к его биотическому круговороту или соотношение между технической и биотической энергетикой.

Существует несколько классификаций природных ресурсов.

Естественная классификация основана на разделении ресурсов по компонентам природной среды: земельные, минеральные, водные, климатические, растительные, животного мира и т.п. В хозяйственной классификации ведущее значение имеет их принадлежность: ресурсы топливно-энергетического комплекса, металлургии, сельского хозяйства и т.д. С эколого-экономической точки зрения важна классификация природных ресурсов по признакам исчерпаемости.

Задание 1. Изучите и заполните схему на рис. 5: а) дайте определение неисчерпаемых и исчерпаемых природных ресурсов; б) назовите ресурсы космические и планетарные; в) дайте определение и приведите примеры возобновляемых и невозобновляемых ресурсов.

 

ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ

НЕИСЧЕРПАЕМЫЕ

ИСЧЕРПАЕМЫЕ

КОСМИЧЕСКИЕ

ПЛАНЕТАРНЫЕ

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ

НЕВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ

Рис. 5. Схема классификации природных ресурсов

(по Т.А. Акимовой, А.П. Кузьмину, В.В. Хаскину, 2007, с изменениями)

 

Природные ресурсы можно классифицировать и по другим признакам:

– по их использованию: производственные ресурсы (сельскохозяйственные, промышленные), рекреационные, эстетические, научные и др.;

– по заменимости: заменимые (например, ископаемое топливо можно заменить энергией Солнца, ветра) и незаменимые (кислород воздуха для дыхания, пресная вода для питья).

Деление по признаку использования условно, так как один и тот же ресурс (например, вода в озере) может быть использован как для промышленных и рыбоводческих нужд, так и для рекреационных целей. Однако при этом часто действует правило интегрального ресурса, согласно которому использование его в одних целях затрудняет или полностью исключает использование в других. Так, если в водоем спускаются отходы промышленного производства, то это затрудняет использование его в питьевых целях или для разведения рыбы.

При осуществлении хозяйственной деятельности важно иметь достаточно полную информацию о ресурсообеспеченности и природоемкости производства.

Ресурсообеспеченность – это соотношение между величиной природных ресурсов и размерами их использования. Она выражается либо количеством лет, на которое должно хватить данного ресурса, либо его запасами из расчета на душу населения. О ресурсообеспеченности нельзя судить только по размерам запасов, – надо учитывать интенсивность потребления их самим обществом.

Рис. 6. Потребление энергетических ресурсов в мире («Планета Земля», 2007)

Природоемкость производства – совокупный ущерб, который наносится природным объектам и ресурсам, состоянию окружающей среды строительством и эксплуатацией хозяйственных объектов, их отходами и продукцией.

Хотя человечество на протяжении всей своей истории сталкивается с ограниченностью природных ресурсов, оно до сих пор не осознало последствий их безграничного использования. Ни на макро-, ни на микроуровнях в экономике не используется показатель природоемкости. В настоящее время экономика мирового хозяйства чрезвычайно природоемка, что и обусловливает истощение природных ресурсов (Акимова, Кузьмин, Хаскин, 2007).

Задание 2. Рассмотрите рисунок 6, заполните таблицу 2. Сделайте выводы о ресурсообеспеченности человечества на ближайшие 100 лет по основным видам природных ресурсов.

Таблица 2

 

Название ресурса	Запас ресурса (площадь, объем, масса)	Масштаб(объем)использования, потребления или ежегодная мировая добыча
Земли суши, пригодные для хозяйственного освоения
Пресные воды Земли
Леса Земли
Уголь
Нефть подвижная
Нефть запечатанная
Горючие сланцы
Природный газ
Ископаемый уран
Железо
Алюминий (бокситы)
Медь
Никель
Благородные металлы
Сера
Фосфор
Калий
Строительные материалы (камень, песок, гравий, глины, известняки, доломиты, гипс и др.)

 

Для учета имеющихся природных ресурсов в каждом цивилизованном государстве существуют кадастры природных ресурсов – своды экономических, экологических, организационных и технических показателей, характеризующих количество и качество природных ресурсов, состав и категории природопользователей. Кадастры представляются по видам природных ресурсов, периодически обновляются, данные кадастровой оценки применяют при планировании использования ресурса, для оценки степени рациональности использования, при определении платежей за ресурс и др.

Задание 3. Дайте краткую характеристику содержания основных кадастров природных ресурсов.

 

Земельный кадастр – __________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Водный кадастр –_____________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лесной кадастр – _____________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Кадастр месторождений полезных ископаемых – _________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Красные книги – _______________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

 

Источником сведений для составления и пополнения кадастров служит сеть наблюдательных постов, режимных станций, а также специальные экспедиции.

 

Задание 4. При технико-экономическом обосновании проектов использования природных ресурсов применяют количественные измерения и оценки, которые бывают натуральные и стоимостные. Объясните, в чем состоит сущность натуральных и стоимостных оценок ресурсов? Что такое природно-ресурсный потенциал, какие главные критерии используются для его оценки?

Натуральные оценки природных ресурсов – ___________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Стоимостные оценки природных ресурсов – __________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Природно-ресурсный потенциал – ___________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ПРИЛОЖЕНИЯ К ТЕМЕ 2

Рис. 7. Поток энергии от первичных источ­ников к потребителям

(по Б. Небелу, 1993)

 

На этой очень упро­щенной схеме отражены лишь основные тенденции, однако хорошо видно, что при существующей технологии для каждого пер­вичного источника существует специфический набор потребителей. Транспорт почти пол­ностью зависит от жидкого горючего, полу­чаемого из сырой нефти, тогда как уголь и ядерное топливо годятся лишь для произ­водства электроэнергии и практически не могут использоваться на транспорте. Насколько важно это соответствие, иллюстрируется вопросом: «Может ли развитие атомной энергетики на нынешнем этапе компенсировать острую нехватку нефти?» Ответ будет, естественно, отрицательный: ядерное топливо годится лишь для выработки электроэнергии и не может использоваться на транспорте. Ядерное топливо способно заменить нефть лишь с точки зрения перехода на электроэнергию при отоплении помещений, в термообработке, а также с развитием электротранспорта. То же можно сказать и о других энергоресурсах. Появление нового источника энергии не исправит положения, если его нельзя будет использовать там, где сейчас расходуется нефть (Небел, 1993).

Рис. 8. Возобновляемые энергоресурсы (по Б. Небелу, 1993)

Рис. 9. Активная солнечная нагревательная система с тепловым аккумулятором

(по Б. Небелу, 1993)

 

Как показано на рисунке, можно спроектировать такую солнечную установку, которая будет обеспечивать все потребности в тепле, работая автоматически, как современные системы центрального отопления. Насосы или вентиляторы перегоняют воздух или воду от коллектора к обогреваемому помещению. На рисунке также видно большое число различных насосов, вентиляторов, клапанов, переплетений водо- и воздухопроводных труб. Такие системы, безусловно, могут работать, но их установка и техническое обслуживание обходятся довольно дорого. В отличие от активных солнечных нагревательных систем пассивные солнечные системы, в которых для подачи воздуха и воды используются естественные конвекционные потоки (теплые воздух и вода легче холодных и движутся наверх), относительно дешевы и практически не требуют ухода.

Обе системы – как активную, так и пассивную – часто критикуют за то, что в случае суровой зимы они не обеспечат достаточного нагрева и придется прибегать к дополнительным источникам отопления. Это верно, но не принципиально. Даже если солнечный свет даст всего 20% общего количества необходимого тепла, это на столько же снизит потребность в традиционных видах топлива. При нашем общем стремлении сократить расход нефтепродуктов любой шаг в этом направлении заслуживает серьезного внимания. Сэкономить 20% общей стоимости – не так уж мало. Кроме того, есть надежда, что по мере совершенствования и распространения солнечных технологий потребность в запасной отопительной установке исчезнет (Небел, 1993).

 

 

 

Рис. 10. Фотоэлектрический преобразова­тель типа «сэндвич» (по Б. Небелу, 1993)

 

Состоит из двух очень тонких крем­ниевых слоев, обработанных таким образом, что в одном из них атомам не хватает электронов, а в другом последние в избытке. Солнечные лучи «выбивают» электроны из слоя с их избытком, и они попадают в другой слой. В результате возникают разность потенциалов и электрический ток.

 

Рис. 11. Солнечный пруд (по Б. Небелу, 1993)

 

Солнечный пруд – это еще более дешевый способ улавливать и запасать солнечную энергию. Искусственный водоем частично заполняется рассолом, поверх которого находится пресная вода. Плотность рассола гораздо выше, поэтому он остается на дне и с верхним слоем почти не смешивается. Солнечные лучи без помех проходят через пресную воду, но поглощаются рассолом, превращаясь при этом в тепло. Верхний слой действует как изоляция, не позволяя нижнему остывать. Иными словами, в солнечных прудах используется тот же принцип, что и в парниках, только земля и стекло заменены здесь соответственно рассолом и пресной водой. Горячий раствор соли может циркулировать по трубам, отапливая помещения, или использоваться для выработки электричества; им нагревают жидкости с низкой точкой кипения, которые, испаряясь, приводят в движение турбогенераторы низкого давления. Поскольку солнечный пруд представляет собой высокоэффективный теплоаккумулятор, с его помощью можно получать энергию непрерывно (Небел, 1993).

 

 

Рис. 12. Сухая геотермальная скважина (по Б. Небелу, 1993)

 

Возможности использования геотермальной энергии велики в случае наличия горячих сухих пород, доступных при глубоком бурении. Теоретически можно пробурить в них две параллельные скважины, которые будут соединяться трещинами. Если закачать в одну из скважин воду, она, проходя по трещинам, нагреется и вырвется из другой в виде пара, способного вращать турбины. Рециклизация этой воды позволит избежать многих проблем загрязнения.

Рис. 13. Способы получения ядерной энергии (по Б. Небелу, 1993)

 

Высвобождение ядерной энергии происходит либо при расщеплении некоторых тяжелых атомов (например, урана-235) на более легкие (А), либо при слиянии легких атомов (ядерном синтезе), например водорода, в более тяжелые (Б). В обоих случаях часть массы исходных ядер превращается в энергию.

На всех современных АЭС используется процесс расщепления атомов урана, а точнее – урана-235. В природе уран представлен в основном двумя изотопами – ураном-238 и ураном-235. Номера изотопов соответствуют числу элементарных частиц в ядре атома; например, в ядре урана-238 на три нейтрона больше, чем в ядре урана-235. Химические свойства этих изотопов одинаковы, но по другим характеристика они различаются. Так, ядра урана-235 легко рас­щепляются, а урана-238 – нет. Время от времени уран-235 распада­ется спонтанно; при желании такую реак­цию можно запустить, бомбардируя его нейтронами. Это ключевой момент в ядерной энергетике. Распадаясь, ядро урана-235 помимо энергии высвобождает два или три нейтрона. Если один из них столкнется с другим атомом урана-235, тот также расщепится, высвободив дополнительные энергию и нейтроны, кото­рые продолжают процесс. Это так называемая цепная реакция.

Рис. 14. Схема атомной электростанции (по Б. Небелу, 1993)

 

На АЭС тепло, выделяемое ядерным реактором, используется для кипячения воды и получения пара, приводящего в движение обычные турбогенераторы. Воду можно кипятить непосредственно в реакторе, но обычно используют т.н. двойную петлю: воду сильно нагревают, пропуская ее через реактор, установленный в толстостенном корпусе основного реактора, но не дают ей закипеть, поддерживая в системе чрезвычайно высокое давление. Эту перегретую воду пропускают через теплообменник, где она передает тепло другой воде, которая уже превращается в пар и приводит в движение турбогенератор. Смысл такой «двойной петли» – изоляция опасных материалов внутри реактора от остальной части станции. Однако у такой конструкции есть и важный недостаток: в случае аварии внезапная утечка воды из реактора может привести к его перегреву и плавлению. Попадание расплавленного материала в оставшуюся воду чревато взрывообразным выбросом пара. Для предотвращения этого существуют резервные системы охлаждения, заливающие реактор водой в случае утечки. Наконец, вся система нагрева на АЭС окружена толстой защитной оболочкой (Небел, 1993).

По энергетическому выходу расщепление 0.5 кг ядерного топлива эквивалентно сжиганию 1000 т угля. Чтобы АЭС давала электроэнергию в течение двух лет, достаточно примерно 3 т урана. АЭС имеют множество преимуществ перед ТЭС, но наибольшую тревогу вызывает образование опасных радиоактивных отходов и вероятность аварий на АЭС с серьезными последствиями.

 

Таблица 3

Запасы воды на Земле

Часть гидросферы	Объем (тыс. куб. км)	Доля мировых запасов
от общих запасов воды	от запасов пресной воды
Мировой океан	1338000,0	96,5	–
Подземные воды, в том числе пресные воды	23400,0 10530,0	1,70 0,76	– 30,1
Ледники и снежный покров	24064,1	1,74	68,7
Подземные льды	300,0	0,022	0,86
Воды озер пресные соленые	176,4 91,0 85,4	0,013 0,007 0,006	– 6,26 –
Воды болот	11,47	0,0008	0,03
Воды в руслах рек	2,12	0,0002	0,006
Воды атмосферы	12,90	0,001	0,04
Биологическая вода	1,12	0,0001	0,003
Общие запасы воды	1385984,61	100,00	–
Запасы пресной воды	35029,21	2,53	100,00

 

 

Водоемкость всего человеческого хозяйства – 5 тыс. куб. км в год (почти 11% годового стока всех рек мира). Около 70% мирового водопотребления приходится на сельское хозяйство, 13% ­­– на промышленность, 10% – на комунально-бытовые нужды, 7% – на собственные нужды водного хозяйства.

Объем поверхностных пресных вод России равен 28 тыс. куб. км (из них 82% содержится в Байкале), или 22% объема пресных вод мира, водохозяйственный фонд РФ насчитывает около 2300 водохранилищ с общим объемом 820 куб. км. Суммарный забор воды из природных водных объектов – около 80 куб. км в год.

Структура водопотребления в России выглядит следующим образом:

· производственные нужды – 59,1%;

· хозяйственно-питьевые нужды – 20,7%;

· орошение – 12,6%;

· сельскохозяйственное водоснабжение – 1,3%;

· прочие нужды – 6,3%.

Таблица 4

Площадь земель, не затронутых хозяйственной деятельностью (в %)

Континенты	По критерию Hannah et al. (1994)	По данным съемки из космоса (1999)
Европа	15,6	5,7
Азия	43,5	22,9
Африка	48,9	27,0
Северная Америка	56,3	34,0
Южная Америка	62,5	20,9
Австралия	62,3	27,1
Вся суша (без Антарктиды и других ледяных и скальных поверхностей)	56,0	28,3

 

Таблица 5